In der modernen Fertigung beweist eine CNC-Drehmaschine ihren Wert durch die Verarbeitung einer Vielzahl von Materialien. Egal, ob Sie an Automobilteilen, Motoren für erneuerbare Energien oder komplexen Bauteilen aus verschiedenen Branchen arbeiten – die Kenntnis darüber, welche Materialien eine CNC-Drehmaschine verarbeiten kann, hilft bei der Produktionsplanung und vermeidet kostspielige Fehler. Die Bandbreite der verarbeitbaren Materialien ist breiter, als die meisten Menschen denken, und reicht von gängigen Metallen und Speziallegierungen bis hin zu Nichtmetallen. Um besser zu verstehen, welche Materialarten für CNC-Drehmaschinen geeignet sind, betrachten wir einige der gebräuchlichsten Materialien und wie man sie optimal bearbeitet.
Die am häufigsten für CNC-Drehmaschinen verwendeten Materialien sind Metalle aufgrund ihrer Festigkeit und Vielseitigkeit. Die gebräuchlichsten zu bearbeitenden Metalle sind Stahl, Aluminium und Kupfer, wobei jedes aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften für bestimmte Aufgaben geeignet ist.
Stahl zeichnet sich durch seine Haltbarkeit aus. Unter den verschiedenen Stahlsorten wie Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl wird Kohlenstoffstahl am häufigsten verwendet. Er ist robust und kostengünstig, was ihn ideal für normale Bauteile wie Zahnräder, Wellen und sogar Bremsbacken von Nutzfahrzeugen macht. CNC-Drehmaschinen bearbeiten Kohlenstoffstahl hervorragend und erreichen Formgenauigkeiten mit Toleranzen bis etwa 0,01 mm. Andere Formen von legiertem Stahl, die Elemente wie Chrom oder Nickel enthalten, sind fester. Sie werden für Bauteile eingesetzt, die extremen Druck- und Verschleißbelastungen ausgesetzt sind, beispielsweise Hydraulikkomponenten. CNC-Drehmaschinen bearbeiten legierten Stahl nicht willkürlich, sondern wählen je nach Stahlsorte den geeigneten Schnitttyp aus, um sicherzustellen, dass das Material nicht beschädigt wird.
CNC-Drehmaschinen eignen sich hervorragend auch für Aluminium, insbesondere für Anwendungen im Bereich der neuen Energien. Aufgrund der geringen Gewichtseigenschaften von Aluminium ist es ideal für Motorgehäuse und andere Komponenten von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben. Da es zur Energieeffizienz beiträgt und somit die Reichweite der Fahrzeuge erhöht, ist es unverzichtbar. Aluminium ist zudem weicher als die meisten NE-Metalllegierungen, was höhere Spindeldrehzahlen und damit kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht. Beispielsweise kann eine CNC-Drehmaschine, die zur Herstellung von Aluminiummotorgehäusen verwendet wird, gleichzeitig die Außenhülle formen und die erforderlichen Bohrungen ausführen, wodurch nachfolgende Bearbeitungsschritte entfallen. Aus diesen Gründen setzen Hersteller weiterhin auf CNC-Drehmaschinen für Aluminiumbauteile.
Genau wie die CNC-Bearbeitung arbeiten auch Drehmaschinen mit numerischer Steuerung gut mit Kupfer und Kupferlegierungen (Messing und Bronze). Dies ist besonders vorteilhaft für elektrische und thermische Leiter sowie Wärmetauscher aus Kupfer. Dekorative Teile und bestimmte Arten von Ventilen können aus Messing hergestellt werden, einer Legierung aus Kupfer und Zink. Die gute Oberflächenqualität ist ein zusätzlicher Vorteil. Die Tatsache, dass diese Bauteile formbar sind, ist ein weiterer Pluspunkt, da sie den Zerspanungsprozess ohne Rissbildung aushalten können. Darüber hinaus ist die Genauigkeit der CNC-Drehmaschine von großer Bedeutung, da Kupferbauteile engen Toleranzen mit anderen Teilen innerhalb des elektrischen Systems genügen müssen.
Neben Metallen können CNC-Drehmaschinen auch verschiedene nichtmetallische Materialien verarbeiten. Dies ist wertvoll für Branchen, die auf leichtere und korrosionsbeständigere Nichtmetallkomponenten setzen. Zu den wichtigsten nichtmetallischen Materialien zählen Kunststoffe, Holz und Graphit.
Unter vielen nützlichen nichtmetallischen Materialien werden Kunststoffe aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Kostengünstigkeit und der Verfügbarkeit in verschiedenen Typen weit verbreitet eingesetzt. Zu den Kunststoffen, die mit CNC-Drehmaschinen bearbeitet werden können, gehören ABS, PP und Nylon. ABS wird aufgrund seiner Zähigkeit und Schlagzähigkeit für Bauteile wie Kunststoffgetriebe und Gehäuse kleiner Geräte verwendet. PP kommt bei flexiblen und chemikalienbeständigen Rohren und Behältern zum Einsatz. Bei der Bearbeitung von Kunststoffen müssen CNC-Drehmaschinen besonders vorsichtig mit der Drehzahl umgehen. Die durch schnelles Schneiden entstehende Wärme kann den Kunststoff sonst schmelzen oder verformen. Mit den richtigen Einstellungen können CNC-Drehmaschinen jedoch präzise und glatte Kunststoffteile herstellen, die den gewünschten Konstruktionsvorgaben entsprechen. Als Beispiel werden CNC-Drehmaschinen bei der Herstellung von Kunststoffarmaturen für New-Energy-Ausrüstungen eingesetzt, um eine dichte Abdichtung sicherzustellen.
Man könnte meinen, Holz wäre ein ungewöhnliches Material für eine CNC-Drehmaschine, aber es eignet sich ideal für die Herstellung von individuellen oder dekorativen Teilen. Eiche und Ahorn gehören zu den besten Harthölzern, da sie stabil und gleichmäßig sind. CNC-Drehmaschinen können Holzteile wie kundenspezifische Werkzeuggriffe, Handläufe oder sogar Holzbeine für Tische herstellen. CNC-Drehmaschinen arbeiten sehr präzise, sodass alle Teile einheitlich sind, was für die Massenproduktion entscheidend ist. Im Gegensatz zur manuellen Holzbearbeitung können CNC-Drehmaschinen identische Holzteile schneller produzieren, da sie nicht müde werden.
Grafit wird besonders gut auf CNC-Drehmaschinen bearbeitet, insbesondere in der Photovoltaik (Solarenergie). Grafit in Photovoltaik-Qualität wird zur Herstellung von Führungsrohren verwendet, deren Innenwände glatt sein müssen, um die Siliziumschmelze zu kontrollieren und das Temperaturfeld stabil zu halten. Diese Rohre haben einen Durchmesser von 300–500 mm und eine Länge von 400–600 mm – Abmessungen, die CNC-Drehmaschinen problemlos bewältigen können. Sie sind darauf ausgelegt, langsame und gleichmäßige Schnitte auszuführen, um zu verhindern, dass der spröde Grafit bricht, wodurch ein Rohr mit der exakt erforderlichen Glätte für Solareinrichtungen entsteht. Daher verwenden die meisten Hersteller im Photovoltaik-Sektor CNC-Drehmaschinen für Grafitbauteile.
Für die hochwertige Fertigung und die Luft- und Raumfahrt, wo der Industriestandard noch als konventionell gilt, sind speziellere Materialien erforderlich. Dies liegt daran, dass diese Branchen Werkstoffe verwenden müssen, die extremen Bedingungen standhalten können. Obwohl eine sorgfältigere Einrichtung erforderlich ist, sind fortschrittliche CNC-Drehmaschinen für diese besonders harten Materialien durchaus gewachsen.
Titanlegierungen sind äußerst stark, leicht und korrosionsbeständig. Dies macht sie ideal für Luftfahrtteile wie Flugzeugbefestigungselemente und Motorkomponenten. Das einzige Problem bei Titan ist seine hohe Härte, wodurch das Schneiden eine Herausforderung darstellt. Für titanbasierte Luftfahrtteile müssen CNC-Drehmaschinen über spezielle Hartmetall-Schneidwerkzeuge verfügen und mit niedrigeren Drehzahlen arbeiten, um eine Überhitzung des Werkzeugs oder des Titans zu vermeiden. Selbst mit diesen Anpassungen können die CNC-Drehmaschinen präzise Teile gemäß den strengen Anforderungen der Luftfahrt herstellen. Ein Beispiel hierfür ist die Produktion von Flugzeug-Titanbolzen. Die CNC-Drehmaschine erreicht dabei eine Toleranz von 0,005 mm, die für die Bolzen erforderlich ist.
Neben den erwähnten Anwendungen werden CNC-Drehmaschinen auch für die kundenspezifische Bearbeitung von Hochtemperaturlegierungen wie Inconel, Hastelloy oder anderen Speziallegierungen eingesetzt, die hervorragende Festigkeitseigenschaften bei Temperaturen über 1000 °C aufweisen. Diese Legierungen werden bei der Herstellung von Bauteilen für Flugzeugtriebwerke oder Kraftwerke verwendet. Die Haupt Schwierigkeit bei der Bearbeitung dieser Legierungen liegt darin, dass sie sehr hart sind, während des Schneidvorgangs starke Wärme erzeugen und die Schneidwerkzeuge schnell abstumpfen. Die CNC-Drehmaschine ist mit Wärmetauschern ausgestattet und verwendet Werkzeuge aus ultraharten Materialien wie kubischem Bornitrid (CBN). Einige CNC-Drehmaschinenbetreiber bieten maßgeschneiderte CNC-Drehmaschinensysteme zur Bearbeitung dieser Legierungen an. Eine solche kundenspezifische Konstruktion betrifft alle Komponenten der Systeme, um eine reibungslose Bearbeitung der Legierungen zu gewährleisten. Durch diese Art der individuellen Engineering-Lösungen können Hersteller die Hochtemperaturlegierungen bearbeiten, ohne Kompromisse bei der Qualität der Bearbeitung einzugehen.
Das Verständnis der Materialien, die auf einer CNC-Drehmaschine bearbeitet werden können, ist bereits die halbe Miete. Sie müssen außerdem die richtigen Parameter einstellen und geeignete Schneidwerkzeuge für das ausgewählte Material verwenden. Einige konkrete Maßnahmen können zu den gewünschten Ergebnissen führen.
Ihr gewähltes Schneidwerkzeug muss zum zu bearbeitenden Material passen. Für Hartmetall-Schneidwerkzeuge (die robust sind und sich gut zum Bearbeiten der meisten Metalle eignen, darunter Stahl und Aluminium sowie andere Legierungen) arbeiten effektiv bei Metallen. Zum Schneiden von Nichtmetallen (wie Kunststoff und Holz) verwenden Sie Schnellarbeitsstahl (HSS)-Schneidwerkzeuge, die schärfer sind und das zu bearbeitende Material weniger beschädigen. Für harte Legierungen (wie Titan) wählen Sie CBN- oder diamantbeschichtete Werkzeuge, die schneiden können und abriebfest sind. Die falschen Werkzeuge zu wählen, beschädigt das Werkstück und zerstört langsam die CNC-Drehmaschine.
Schließlich müssen auch die Vorschub- und Drehzahl-Einstellungen der CNC-Maschine auf das zu bearbeitende Material abgestimmt sein. Die Vorschubgeschwindigkeit einer CNC-Drehmaschine bezieht sich auf die Geschwindigkeit und Kraft, mit der das Werkzeug beim Schneiden auf das Material einwirkt, während die Drehzahl die Geschwindigkeit beschreibt, mit der sich das Material dreht. Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten eignen sich nur für weichere Metalle wie Aluminium, während höhere Geschwindigkeiten bei härteren Metallen wie Titan effizienter sind (glatteres Oberflächenergebnis) und produktiver (schnellerer Einschnitt). Bei Arbeiten mit Aluminium beträgt die Drehzahl der CNC-Drehmaschine 2000 U/min, bei Arbeiten mit Titan 500 U/min.
Der nächste Schritt ist die Vorbereitung der Materialien vor der Verwendung. Bei Metallen wie Stahl und Kupfer umfasst dies das Entfernen von Schmutz, Rost und anderen Verunreinigungen. Verunreinigungen können Werkzeuge an CNC-Drehmaschinen beschädigen und zu unregelmäßigem Schneiden führen. Bei Nichtmetallen wie Graphit arbeitet die Maschine besser, wenn das Material bereits vorgeschnitten ist. Dies minimiert die Bearbeitungszeit und erhöht die Effizienz. Für bestimmte Materialien wie legierten Stahl kann eine Wärmebehandlung erforderlich sein, um das Schneiden zu erleichtern. Diese Schritte tragen dazu bei, dass die CNC-Drehmaschine effizient arbeitet und qualitativ hochwertige Bauteile herstellt.
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